(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の発電停止後の電力消費を抑える燃料電池の排出ガス処理装置および排出ガス処理システムを提供する。【解決手段】燃料電池のアノードから排出された水素を内部に滞留させる滞留室を有する滞留器４１を備え、滞留した水素をカソードオフガス（希釈用ガス）で希釈して排出する希釈器４０（燃料電池の排出ガス処理装置）であって、滞留器４１内に、燃料電池の発電停止後、自己の温度が外部温度に向けて低下すると、滞留した水素を吸着または吸収する水素吸着物質４３を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のアノードから排出された水素を内部に滞留させる滞留室を有する滞留器を備え、前記滞留した水素を希釈用ガスで希釈して排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、
前記滞留器内に、前記燃料電池の発電停止後、自己の温度が外部温度に向けて低下すると、前記滞留した水素を吸着または吸収する水素吸着物質を備えたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項２】
前記燃料電池のカソードに供給される酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記滞留器内に導入する酸化剤ガス導入部を備え、
前記導入された酸化剤ガスが前記水素吸着物質に吹き付けられるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置と、
前記希釈用ガスを前記滞留器に供給する希釈用ガス供給手段と、
前記水素吸着物質の温度に基づいて、前記希釈用ガス供給手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時に水素吸着物質の温度と外気温とが所定条件を満たした場合、前記希釈用ガス供給手段を制御して前記希釈ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のアノードから排出された水素を希釈処理する燃料電池の排出ガス処理装置および排出ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素がアノードに、酸素がカソードにそれぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する燃料電池の開発が盛んである。この燃料電池は、その発電電力によって走行する燃料電池自動車や、家庭用電源など広範囲で適用されつつあり、今後もその適用範囲の拡大が期待されている。このような燃料電池では、その出力を高めるために、アノードに消費される量以上の水素が供給される場合が多く、アノードから反応で使用されなかった未反応の水素が排出される。そこで、水素の利用効率を高めるべく、この排出された未反応の水素を水素供給側に戻し、水素を循環させる水素循環系を採用した技術が提案されている。
【０００３】
また、燃料電池が発電すると、カソードで水が生成し、この生成水の一部が固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）をアノード側に透過する。その他、電解質膜の湿潤状態を確保して、電解質膜のプロトン（水素イオン）の拡散性を高めるため、例えば、燃料電池のカソード側またはアノード側に供給されるガス（水素、酸素を含む空気など）を加湿する方法が採用される。
【０００４】
したがって、水素循環系を採用する燃料電池システムの場合、燃料電池のアノード側では発電に伴って、循環する水素に同伴する水分量が高くなり、燃料電池の発電効率が低下する場合がある。そこで、このように循環する水素に同伴する水分量が高くなった場合、これを一時的に排出する（これを水素パージという）と共に、水素パージされた水素を希釈器で希釈して、外部に排出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２７７４９号公報（段落番号００１３〜００２０、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に記載の技術では、燃料電池の発電停止後は、希釈器内の水素を希釈するため、燃料電池とは別の蓄電器（キャパシタ、二次電池など）等を電源として、コンプレッサ（ポンプ）を作動し、希釈器に希釈用ガス（例えば空気）を供給するので、消費電力がかかっていた。すなわち、燃料電池の発電停止後、次回の燃料電池の発電開始時において、燃料電池が実際に発電するまでは、前記蓄電器からの電力を利用して、コンプレッサを作動したり、水素漏れをチェックする水素センサを起動するため、燃料電池の発電停止後に、蓄電器等の残量を減らしたくない要望がある。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料電池の発電停止後の電力消費を抑える燃料電池の排出ガス処理装置および排出ガス処理システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、燃料電池のアノードから排出された水素を内部に滞留させる滞留室を有する滞留器を備え、前記滞留した水素を希釈用ガスで希釈して排出する燃料電池の排出ガス処理装置であって、前記滞留器内に、前記燃料電池の発電停止後、自己の温度が外部温度に向けて低下すると、前記滞留した水素を吸着または吸収する水素吸着物質を備えたことを特徴とする燃料電池の排出ガス処理装置である。
【０００８】
このような燃料電池の排出ガス処理装置によれば、燃料電池の発電停止後、水素吸着物質の温度は外部温度（例えば、外気温）に向けて低下する。このように自己の温度が低下するに伴って、水素吸着物質は滞留した水素を吸着または吸収する。これにより、滞留器の外部に水素は排出されにくくなる。したがって、例えば、希釈用ガスを供給するためのコンプレッサ等の作動を抑えることができ、これを作動させるための電力消費を抑えることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記燃料電池のカソードに供給される酸化剤ガスの少なくとも一部を、前記滞留器内に導入する酸化剤ガス導入部を備え、前記導入された酸化剤ガスが前記水素吸着物質に吹き付けられるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の排出ガス処理装置である。
【００１０】
このような燃料電池の排出ガス処理装置によれば、燃料電池の通常発電時、燃料電池のカソードに供給される一般に水分量の少ない酸化剤ガス（例えば、圧縮した空気）が、酸化剤ガス導入部から滞留器内に導入される。そして、この導入された水分量の少ない酸化剤ガスが、水素吸着物質に吹き付けられるように構成されているため、燃料電池の通常発電時、水素吸着物質は乾燥されると共に、水素吸着物質の表面等での結露は防止される。したがって、燃料電池の発電停止後、水素吸着物質は水分等の影響を受けずに、滞留器内を滞留する水素を良好に吸着または吸収することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池の排出ガス処理装置と、前記希釈用ガスを前記滞留器に供給する希釈用ガス供給手段と、前記水素吸着物質の温度に基づいて、前記希釈用ガス供給手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時に水素吸着物質の温度と外気温とが所定条件を満たした場合、前記希釈用ガス供給手段を制御して前記希釈ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池の排出ガス処理システムである。
【００１２】
このような燃料電池の排出ガス処理システムによれば、制御手段は、燃料電池の発電停止時に、水素吸着物質の温度と外気温とが所定条件を満たす場合、希釈用ガス供給手段を制御して前記希釈用ガスの供給を停止させることができる。なお、後記する実施形態では、燃料電池の発電停止時に所定条件が満たされる場合を、水素吸着物質の温度と外気温との差が所定温度差以上である場合とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池の発電停止後の電力消費を抑える燃料電池の排出ガス処理装置および排出ガス処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る希釈器の斜視図である。図３は、図２に示す希釈器の側断面図である。図４は、本実施形態に係る水素吸着物質の温度特性を示すグラフである。図５は、本実施形態に係る燃料電池システムに設定されたフローチャートである。図６は、本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すタイムチャート、水素吸着物質の温度変化を示すグラフ、水素濃度変化を示すグラフである。図７は、本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。図８は、コンプレッサの作動時間を求めるためのグラフである。
【００１５】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システムＳは、燃料電池自動車に搭載されたシステムであり、燃料電池自動車は燃料電池１０の発電電力によって走行用の電動モータ（走行モータ）を回転させて走行するようになっている。
燃料電池システムＳは、燃料電池１０と、燃料電池１０のアノード１２に水素（燃料ガス、反応ガス）を供給・排出するアノード系２０と、燃料電池１０のカソード１３に空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給・排出するカソード系３０と、アノード系２０およびカソード系３０の下流位置でアノード系２０から排出される水素を希釈する希釈器４０（燃料電池の排出ガス処理装置）と、外気温センサ５１（外気温検出手段）およびイグニッションスイッチ５２（以下、ＩＧ）等のその他機器と、これらを制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、制御装置）と、を主に備えている。
【００１６】
＜燃料電池＞
燃料電池１０（燃料電池スタック）は、主として、一価の陽イオン交換型の電解質膜１１の両面を触媒（Ｐｔなど）が担持されたアノード１２（燃料極）およびカソード１３（空気極）で挟持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体）と、ＭＥＡを挟持するセパレータとからなる単セルが、複数積層されることで構成された固体高分子電解質型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、ＰＥＦＣ）である。そして、アノード１２に水素が、カソード１３に加湿空気がそれぞれ供給されると、前記ＭＥＡにおいて電位差が発生し、燃料電池１０の出力端子に接続した走行モータなど外部負荷からの電力要求に応じて、燃料電池１０が発電するようになっている。また、各単セルには、その出力電圧（以下、セル電圧）を検知するセル電圧検知モニタ（図示しない）が接続されている。セル電圧検知モニタは、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は各単セルのセル電圧を検知するようになっている。
【００１７】
＜アノード系−水素供給側＞
アノード系２０の水素供給側は、下流側（燃料電池１０側）に向かって、水素が貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２と、エゼクタ２３とを主に備えている。水素タンク２１は配管２１ａを介して遮断弁２２に接続している。遮断弁２２は、後記するＥＣＵ６０の制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は遮断弁２２を適宜に開／閉するようになっている。また、遮断弁２２は配管２２ａを介してエゼクタ２３に接続しており、エゼクタ２３は配管２３ａを介して燃料電池１０のアノード１２に接続している。さらに、配管２２ａには減圧弁（図示しない）が設けられている。したがって、制御部６１が遮断弁２２を開くと、水素タンク２１から、減圧弁によって水素が所定に減圧された後、燃料電池１０のアノード１２に供給されるようになっている。
【００１８】
＜アノード系−水素排出側＞
アノード系２０の水素排出側は、水素パージ弁２４を主に備えている。水素パージ弁２４は、配管２４ａを介して、燃料電池１０のアノード１２の下流側に接続しており、燃料電池１０のアノード１２から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスが、配管２４ａを水素パージ弁２４に向かって流れるようになっている。また、配管２４ａの途中位置は、配管２４ｂを介して、エゼクタ２３に接続している。さらに、水素パージ弁２４は、配管２４ｃを介して、希釈器４０に接続している。さらにまた、水素パージ弁２４は、ＥＣＵ６０の制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は水素パージ弁２４を適宜に開／閉するようになっている。
【００１９】
さらに説明すると、燃料電池１０を構成するいずれかの単セルのセル電圧が低いことにより、アノードオフガス中の水分量（つまり、アノード１２内の水分量）が高いと推定される場合（水素パージ時）、制御部６１は水素パージ弁２４を開き、この水分量の高いアノードオフガスが配管２４ｃを介して希釈器４０に送られるようになっている。なお、水素パージ時に、希釈器４０に送られるアノードオフガスには、水素、水分の他、窒素なども含まれている。
一方、各単セルのセル電圧が良好な値であることにより、アノードオフガス中の水分量が低いと推定される場合（水素循環時）、制御部６１は水素パージ弁２４を閉じ、未反応の水素を含むアノードオフガスがエゼクタ２３に戻され、水素が循環し、水素が効率的に利用されるようになっている。
ただし、水素パージの方式は、このようにセル電圧に基づく方式に限定されず、その他に例えば、所定時間で間欠的に水素パージ弁２４を開く方式であってもよい。
【００２０】
＜カソード系−空気供給側＞
カソード系３０の空気供給側は、コンプレッサ３１（ポンプ、スーパーチャージャ）と、加湿器３２と、開閉弁３３とを主に備えている。コンプレッサ３１は、外気を取り込んで圧縮し、酸化剤ガスとして、カソード１３に向けて送る機器であり、配管３１ａを介して加湿器３２に接続している。また、コンプレッサ３１は、後記するＥＣＵ６０の制御部６１と電気的に接続している。さらに、コンプレッサ３１は、燃料電池１０と、燃料電池１０とは別に搭載された蓄電器（キャパシタ、二次電池など）と接続しており、燃料電池１０が発電していない場合や、燃料電池１０の発電量が少ない場合は、蓄電器から電力が供給されて作動するようになっている。
加湿器３２は、例えば中空糸膜３２ａを内蔵しており、この中空糸膜３２ａによって、コンプレッサ３１からの空気と、カソード１３から排出された水分量の高いカソードオフガスとの間で水分交換し、コンプレッサ３１からの空気を加湿空気とする機器である。そして、加湿器３２は配管３２ｂを介してカソード１３に接続しており、加湿空気がカソード１３に送られるようになっている。
【００２１】
また、配管３１ａの途中位置は、配管３１ｂ、開閉弁３３、配管３３ａを介して希釈器４０に接続している。開閉弁３３は、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は例えば水素パージ弁２４の閉／開に連動して、開閉弁３３を開／閉するようになっている。すなわち、コンプレッサ３１の作動中に、制御部６１が開閉弁３３を開くと、カソード１３に供給される酸化剤ガスの一部であって、加湿器３２で加湿される前の乾燥した空気（以下、ドライエア）が、希釈器４０に供給されるようになっている。さらに説明すると、アノード系２０の水素パージ弁２４が閉じられる水素循環時に、開閉弁３３は開かれる。一方、水素パージ弁２４が開かれる水素パージ時に、開閉弁３３は閉じられる。
ただし、開閉弁３３を設けず、コンプレッサ３１が作動中はドライエアが希釈器４０に連続的に供給される構成としてもよい。その他、開閉弁３３の代わりに、ドライエアの流量を抑える絞り（オリフィス）や、流量を調整可能な流量調整弁を設けて、ドライエアの流量を調整して希釈器４０に連続的に供給する構成としてもよい。
【００２２】
＜カソード系−空気排出側＞
カソード系３０の空気排出側は、温度センサ３４（水素吸着物質温度検知手段）を主に備えている。燃料電池１０のカソード１３は、配管３２ｃを介して加湿器３２に接続しており、カソード１３から排出された水分量の高いカソードオフガスが加湿器３２に送られるようになっている。そして、加湿器３２は配管３２ｄを介して希釈器４０に接続している。これにより、加湿器３２における水分交換により、その水分量が若干低下したカソードオフガスが、配管３２ｄを介して希釈器４０に供給されるようになっている。
また、配管３２ｃには、背圧弁（図示しない）が設けられており、その背圧を調整することで、燃料電池１０におけるアノード１２側の水素の圧力と、カソード１３側の空気の圧力とをバランスさせるようになっている。
【００２３】
［温度センサ］
温度センサ３４は、配管３２ｄに設けられており、配管３２ｄを流れるカソードオフガスの温度を検知するようになっている。ここで、本実施形態では、温度センサ３４により検知されるカソードオフガスの温度を、後記する希釈器４０に内蔵された水素吸着物質４３（図２、図３参照）の実際の温度（以下、検知水素吸着物質温度Ｔ１１）と推定した場合を例示する。また、温度センサ３４は、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は検知水素吸着物質温度Ｔ１１を監視するようになっている。
【００２４】
＜希釈器＞
次に、図１に加えて、図２および図３を主に参照して、希釈器４０について説明する。
図２および図３に示すように、希釈器４０は、滞留器４１と、滞留器４１内を所定の容積割合で仕切る仕切板４２と、滞留器４１内に配置された水素吸着物質４３（水素吸着物質体）と、配管２４ｃの下流端部分（水素導入部）と、配管３３ａの下流端部分（ドライエア導入部、酸化剤ガス導入部）と、配管３２ｄの一部（希釈用ガス流通部）とを、主に備えている。
【００２５】
［滞留器、仕切板］
滞留器４１は、外形が横向きの円柱状の筐体であって、内部空間を有している。仕切板４２は滞留器４１内に設けられており、前記内部空間を滞留器４１の軸方向に不完全に仕切っている。さらに説明すると、仕切板４２によって、滞留器４１の内部空間は上流側の滞留室４１ａと下流側の滞留室４１ｂとに区画されており、滞留室４１ａと滞留室４１ｂとは仕切板４２の上方で連通している（図３参照）。
さらに、滞留器４１内の滞留室４１ａ、４１ｂでは、これにアノードオフガスが導入されるとその流路断面積が大きくなるため、流速が低下する。これにより、アノードオフガス中の水分（水素に同伴する水分）が自重により落下しやすくなっている。すなわち、滞留室４１ａ、４１ｂは、水素と水分とを分離する気液分離室としても機能している。
【００２６】
［水素吸着物質］
水素吸着物質４３は、水素を吸着または吸収（以下、吸着と略称すると共に吸蔵を含む）する物質であって、図４に示すように、自己の温度が高くなると水素吸着量が少なくなり、一方、自己の温度が低くなると水素吸着量が多くなる特性を有している。すなわち、水素吸着物質４３は、自己の温度に従って可逆的に水素を吸着（吸収）／放出（脱離）する物質である。つまり、水素吸着物質４３は、温度−水素吸着量に係る特性を固有しており、この特性に係る計算式Ｅ１が、後記する制御データ記憶部６２に記憶されている。
【００２７】
このような水素吸着物質４３としては、例えば、水素吸蔵合金、ゼオライト、シリカゲル、カーボンナノチューブなどを使用することができる。このうち水素吸蔵合金についてさらに説明すると、例えば、ＬａＮｉ5系合金のようなＡＢ5型合金、Ｍｇ2Ｎｉ合金、Ｍｇ2ＮｉとＭｇとの共晶合金のような、Ｍｇ2Ｎｉ系合金、ＺｒＮｉ2系合金、ＴｉＮｉ2系合金などのラベス相系ＡＢ2型合金、ＴｉＦｅ系合金のようなＡＢ型合金、ＴｉＶ2系合金のようなＢＣＣ型合金から任意に選択して使用することができる。このなかでも特に好ましい水素吸蔵合金としては、ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3合金、ＭｍＮｉ0.35Ｍｎ0.4Ａｌ0.3Ｃｏ0.75合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、ＭｍＮｉ3.75Ｃｏ0.75Ｍｎ0.20Ａｌ0.30合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｍｎ0.8Ｃｒ0.8Ｎｉ0.4、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｍｎ0.5Ｃｒ0.5Ｎｉ、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.75Ｎｉ1.25、Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5Ｖ0.5Ｎｉ1.5、Ｔｉ0.1Ｚｒ0.9Ｖ0.2Ｍｎ0.6Ｃｏ0.1Ｎｉ1.1、ＭｍＮｉ3.87Ｃｏ0.78Ｍｎ0.10Ａl0.38（ただしＭｍはミッシュメタル）などが挙げられる。また、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵（吸着）・放出に係るヒステリシスが小さいものから選択することが望ましい。
【００２８】
このように水素を可逆的に吸着／放出する水素吸着物質４３は、上流側の滞留室４１ａを取り囲む壁面（仕切板４２の表面等を含む）を覆うように配置されている。なお、図２および図３では、仕切板４２の上流側面を覆うように配置された水素吸着物質４３のみを、簡単に記載している。なお、前記したように本実施形態では、水素吸着物質４３の実際の温度（検知水素吸着物質温度Ｔ１１）が、温度センサ３４で検知されるとしている。
【００２９】
水素パージ時に未反応の水素を含むアノードオフガスが流通する配管２４ｃの下流端部分（水素導入部）は、滞留器４１の上流側の端板を貫通し、その先端が滞留室４１ａ内に延びている。そして、配管２４ｃの先端から吹き出すアノードオフガスが、水素吸着物質４３に吹き付けられるように構成されている（図３、矢印Ａ１参照）。
【００３０】
［ドライエア導入部］
ドライエア（酸化剤ガス）が流通する配管３３ａの下流端部分（ドライエア導入部）は、ドライエアを滞留器４１内に導く部分であって、滞留器４１の上流側の端板を貫通し、その先端が滞留室４１ａ内に延びている。そして、配管３３ａの先端から吹き出すドライエアが、水素吸着物質４３に吹き付けられるように構成されている（図３、矢印Ａ２参照）。これにより、燃料電池１０の通常発電時、開閉弁３３が開かれた場合に、ドライエアが水素吸着物質４３に吹き付けられ、水素吸着物質４３は乾燥されると共に、水素吸着物質４３の表面等での結露は防止されるようになっている。したがって、燃料電池１０の発電停止後、水素吸着物質４３は、水分等の影響を受けずに、滞留器４１内を滞留する水素を良好に吸着または吸収することが可能となっている。
【００３１】
［希釈用ガス流通部］
カソードオフガス（希釈用ガス）が流通する配管３２ｄ（希釈用ガス流通部）は、滞留器４１の下部を軸方向に貫通している。そして、滞留器４１内の配管３２ｄには、水素排出口３２ｄ１が形成されている。すなわち、水素排出口３２ｄ１によって、滞留室４１ｂとカソードオフガスが流通するカソードオフガス流路とを連通しており、水素排出口３２ｄ１は滞留した水素とドライエアとの混合ガスを、前記カソードオフガス流路に排出する排出口として機能している。
そして、滞留器４１内を滞留し、ドライエアと混合することにより希釈した水素は、その後から導入されるドライエアによって、水素排出口３２ｄ１を介して配管３２ｄに押し出され、水素排出口３２ｄ１の下流側の配管３２ｄで、カソードオフガスでさらに希釈された後、外部に排気されるようになっている。
また、滞留器４１内の配管３２ｄには、複数の水抜孔３２ｄ２、３２ｄ２が適所に形成されている。そして、滞留器４１内の水が、水抜孔３２ｄ２、３２ｄ２を通って、カソードオフガスと共に外部に排出されるようになっている。
【００３２】
＜その他機器＞
図１に戻って説明を続ける。
外気温センサ５１は、燃料電池自動車の外の実際の外気温（以下、実測外気温Ｔ２１）を検知する温度センサであり、燃料電池自動車の適所（ボディなど）に取り付けられている。また、外気温センサ５１は、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は、実測外気温Ｔ２１を監視するようになっている。
ＩＧ５２は、燃料電池自動車（燃料電池システムＳ）の起動スイッチであると共に、燃料電池システムＳの起動スイッチである。そして、ＩＧ５２は、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＮ／ＯＦＦに連動している。なお、ＩＧ５２がＯＦＦされると、燃料電池１０は発電を停止するようになっている。
【００３３】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０は、制御部６１（制御手段）と、制御データ記憶部６２（制御データ記憶手段）とを主に備えており、これらはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などから構成されている。
【００３４】
［制御部］
制御部６１は、遮断弁２２と、水素パージ弁２４と、コンプレッサ３１と、開閉弁３３と電気的に接続しており、これらを適宜に制御するようになっている。また、制御部６１は、温度センサ３４と電気的に接続しており、カソードオフガスの温度を介して、検知水素吸着物質温度Ｔ１１を監視するようになっている。さらに、制御部６１は、外気温センサ５１を介して、実測外気温Ｔ２１を監視している。さらにまた、制御部６１は、ＩＧ５２と電気的に接続している。
【００３５】
［制御部−水素吸着物質の状態判定機能］
制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ時（燃料電池１０の発電停止時）に、水素吸着物質４３が水素を吸着可能であるか否かを判定する「水素吸着物質の状態判定機能」を備えている。具体的な判定方法は後述する。
【００３６】
［制御部−コンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ判定機能］
また、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ時の検知水素吸着物質温度Ｔ１１と実測外気温Ｔ２１とに基づいて、コンプレッサ３１をＯＦＦできるか否かを判定する「コンプレッサ３１のＯＮ／ＯＦＦ判定機能」を有している。具体的な判定方法は後述する。
【００３７】
［制御部−その他機能］
その他、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ後に、コンプレッサ３１をＯＦＦできない場合に、コンプレッサ３１の作動時間ｔ３を算出する機能を備えている。
【００３８】
［制御データ記憶部］
制御データ記憶部６２には、水素吸着物質４３の温度特性に係る計算式Ｅ１（図４参照）と、ＩＧ５２のＯＦＦ時に水素吸着物質４３の状態を判定するための所定温度Ｔ１および所定時間ｔ０と、ＩＧ５２のＯＦＦ後にコンプレッサ３１をＯＦＦできるか否か判定するために水素吸着物質４３が吸着すべき所定水素吸着量ΔＡと、コンプレッサ３１をＯＦＦできない場合にコンプレッサ３１を継続して作動する作動時間ｔ３を算出するための計算式Ｅ２（図８参照）とが記憶されている。所定温度Ｔ１、所定時間ｔ０、所定水素吸着量ΔＡは予備実験などにより求められる。また、計算式Ｅ２は、ＩＧ５２のＯＦＦ直前の水素パージからＩＧ５２のＯＦＦまでの時間と、前記水素パージによって滞留器４１に導入された水素を希釈するために、コンプレッサ３１を作動させる作動時間とが関連付けられたデータである。なお、制御データ記憶部６２は、制御部６１と電気的に接続しており、制御部６１は計算式Ｅ１などを適宜に参照するようになっている。
【００３９】
ここで、本実施形態において、特許請求の範囲における「燃料電池の排出ガス処理システムＤ」は、滞留器４１を含む希釈器４０と、カソードオフガス（希釈用ガス）を希釈器４０に供給するためのコンプレッサ３１、配管３１ａ、配管３２ｂ、配管３２ｃおよび配管３２ｄを含む希釈用ガス供給手段と、滞留器４１にドライエアを供給するためのコンプレッサ３１、配管３１ａ、配管３１ｂ、開閉弁３３および配管３３ａを含むドライエア供給手段（酸化剤ガス供給手段）と、温度センサ３４（水素吸着物質温度検知手段）と、外気温センサ５１（外気温検知手段）と、制御部６１（制御手段）を含むＥＣＵ６０とを備えて構成されている。
【００４０】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、図５を主に参照して、制御部６１に設定されたフローチャートと共に、燃料電池システムＳの動作ついて説明する。なお、ＩＧ５２がＯＦＦされると、図５に示すフローチャートの処理がスタートするようになっている。なお、ＩＧ５２がＯＦＦされると、制御部６１は遮断弁２２を閉じる。
【００４１】
ステップ１０１において、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ前において、検知水素吸着物質温度Ｔ１１が連続的に所定温度Ｔ１以上であった時間ｔ１を算出する（図６参照）。
【００４２】
＜ＩＧ−ＯＦＦ時の水素吸着物質の状態判定＞
ステップ１０２において、制御部６１は、ステップＳ１０１で算出した時間ｔ１と所定時間ｔ０とを比較して、水素吸着物質４３の状態判定をする。
具体的には、「算出した時間ｔ１≧所定時間ｔ０」の場合、水素吸着物質４３が所定時間ｔ０以上にて所定温度Ｔ１以上の状態であったため、ＩＧ５２のＯＦＦ時に水素吸着物質４３に吸着している水素は少なく、その後、水素吸着物質４３が水素を吸着できる可能性があると判定し（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進むようになっている。
一方、「算出した時間ｔ１＜所定時間ｔ０」の場合、ＩＧ５２のＯＦＦ時に水素吸着物質４３に吸着している水素が多く、その後に水素吸着物質４３が十分に水素を吸着できる可能性はないと判定し（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ステップＳ１０６に進むようになっている。
【００４３】
ステップ１０３において、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ時の検知水素吸着物質温度Ｔ１１と、水素吸着物質４３の温度特性に係る計算式Ｅ１と、所定水素吸着量ΔＡとから、ＩＧ５２のＯＦＦ後の温度低下により、所定水素吸着量ΔＡの水素を吸着したと仮定した場合の水素吸着物質温度Ｔ１２を算出する（図４参照）。
次いで、制御部６１は、検知水素吸着物質温度Ｔ１１と、水素吸着物質温度Ｔ１２との差である所定温度差Δαを算出する。
【００４４】
＜コンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ判定＞
ステップ１０４において、制御部６１は、ＩＧ５２−ＯＦＦ時の検知水素吸着物質温度Ｔ１１とＩＧ５２−ＯＦＦ時の実測外気温Ｔ２１との差と、ステップＳ１０３で算出した所定温度差Δαとに基づいて、コンプレッサ３１をＯＦＦできるか否かを判定する。
具体的には、制御部６１は、「検知水素吸着物質温度Ｔ１１−実測外気温Ｔ２１≧Δα」の場合、コンプレッサ３１をＯＦＦできると判定し（Ｓ１０４・Ｙｅｓ、所定の条件を満たす場合）、ステップＳ１０５に進む。この場合は、ＩＧ５２のＯＦＦ時において、検知水素吸着物質温度Ｔ１１と実測外気温Ｔ２１との温度差が、所定温度差Δα（℃）以上あり、ＩＧ５２のＯＦＦ後、水素吸着物質４３が実測外気温Ｔ２１と等しくなるまで温度低下する間に、水素吸着物質４３が、滞留器４１内の水素を吸着できる場合である。
一方、制御部６１は、「検知水素吸着物質温度Ｔ１１−実測外気温Ｔ２１＜Δα」の場合、コンプレッサ３１をＯＦＦできないと判定し（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ステップＳ１０６に進む。この場合は、ＩＧ５２のＯＦＦ時において、検知水素吸着物質温度Ｔ１１と、実測外気温Ｔ２１との温度差が、所定温度差Δα（℃）未満であり、水素吸着物質４３のみでは、ＩＧ５２−ＯＦＦ後、滞留器４１内の水素を吸着できない場合である。
【００４５】
［コンプレッサ−ＯＦＦ］
ステップ１０５において、制御部６１は、コンプレッサ３１をＯＦＦする。これにより、コンプレッサ３１を作動させる蓄電器（キャパシタ、二次電池など）からの電力消費を抑えることができる。
ここで、ステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理は僅かな時間で実行されるため、図６のタイムチャートに示すように、ＩＧ５２のＯＦＦに連動して、コンプレッサ３１がＯＦＦとなる。
その後、処理はエンドに進み、ＩＧ５２のＯＦＦ時（燃料電池１０の発電停止時）の制御は終了する。
【００４６】
ここで、このようにコンプレッサ３１をＯＦＦした場合において、滞留器４１内の水素濃度と、水素排出口３２ｄ１下流側の配管３２ｄ内の水素濃度の変化について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、水素パージ弁２４が開かれて水素パージがあった後に、ＩＧ５２がＯＦＦされ、コンプレッサ３１がＯＦＦされた場合、滞留器４１内へのドライエア（押出ガス）の供給が停止されるため、滞留器４１内の水素濃度が一時的に高くなるが、その後、水素吸着物質４３によって水素が吸着されるため、滞留器４１内の水素濃度は、水素吸着物質４３が無い場合よりも、低くなる。
これにより、水素排出口３２ｄ１下流側の配管３２ｄ内の水素濃度は、水素吸着物質４３が無い場合、水素が吸着されずに水素排出口３２ｄ１を通って配管３２ｄに流れ込むため水素濃度が徐々に高くなるが、水素吸着物質４３を備えた場合、水素排出口３２ｄ１下流側の水素濃度が高くならず、高濃度の水素が燃料電池自動車の外部に排出されることは防止される。
【００４７】
［コンプレッサ−ＯＮ］
次に、ステップＳ１０２の判定がＮｏ、または、ステップＳ１０４の判定がＮｏとなって、ステップＳ１０６に進んだ場合について、図７および図８を参照して説明する。
ステップ１０６において、制御部６１は、ＩＧ５２のＯＦＦ前に水素パージ弁２４を開き水素パージをした時から、ＩＧ５２をＯＦＦした時までの時間ｔ２を算出する（図７参照）。次いで、時間ｔ２と所定の計算式Ｅ２とに基づいて、ＩＧ５２のＯＦＦ後のコンプレッサ３１の作動時間ｔ３を算出する（図８参照）。
なお、ここではＩＧ５２のＯＦＦ後のコンプレッサ３１の作動時間ｔ３を短縮するために、ＩＧ５２のＯＦＦ後のコンプレッサ３１の回転速度を増加させる場合を例示している。
【００４８】
ステップ１０７において、制御部６１は、ステップＳ１０６で算出した作動時間ｔ３に従って、コンプレッサ３１を作動させる。これにより、滞留器４１内には押出ガスが送られ、配管３２ｄ内にはカソードオフガスが流通するため、滞留器４１内に送り込まれた水素は、滞留室４１ａ、４１ｂに滞留した後、押出ガスによって混合・希釈された後、水素排出口３２ｄ１を通って、配管３２ｄに流れ込み、カソードオフガスによって希釈された後、燃料電池自動車の外部に排気される。
そして、作動時間ｔ３の経過後、コンプレッサ３１をＯＦＦし、処理はエンドに進む。
【００４９】
このように、希釈器４０（燃料電池の排出ガス処理装置）および燃料電池の排出ガス処理システムＤが組み込まれた燃料電池システムＳによれば、ＩＧ５２のＯＦＦ（燃料電池１０の発電停止）後に、コンプレッサ３１をＯＦＦすることができるので、電力消費を抑えると共に、蓄電器（キャパシタ、二次電池など）の残量を確保することができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【００５１】
前記した実施形態では、希釈器４０（燃料電池の排出ガス処理装置）が組み付けられた燃料電池システムＳが燃料電池自動車に搭載された場合について例示したが、燃料電池システムの使用態様はこれに限定されず、その他に例えば、家庭用の据え置き型の燃料電池システムであってもよい。
【００５２】
前記した実施形態では、配管３２ｄを流通するカソードオフガスの温度と、水素吸着物質４３の温度とが等しいと推定し、配管３２ｄに設けられた温度センサ３４によって、検知水素吸着物質温度Ｔ１１が検知されるとしたが、その他に例えば、水素吸着物質４３に温度センサを設けて直接的に検知水素吸着物質温度Ｔ１１を検知してもよいし、配管２４ｃや配管３３ａに温度センサを設けてもよい。
【００５３】
前記した実施形態では、図２、図３に示すように、希釈器４０は１枚の仕切板４２を備えた構成としたが、その他に例えば、複数の仕切板４２を多段で備えた希釈器４０であってもよい。
【００５４】
前記した実施形態では、図５に示すステップＳ１０３において、（１）検知水素吸着物質温度Ｔ１１と計算式Ｅ１とから、水素吸着物質温度Ｔ１２を算出し、（２）所定温度差Δαを求めた後、ステップＳ１０４の判定を行うとしたが、その他に例えば、所定温度差Δαを求めず、ステップＳ１０４において、実測外気温Ｔ２１≦水素吸着物質温度Ｔ１２の条件を満たすか否かの判定を行い、これを満たす場合（所定の条件を満たす場合）にコンプレッサ３１をＯＦＦする構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る希釈器の斜視図である。
【図３】図２に示す希釈器の側断面図である。
【図４】本実施形態に係る水素吸着物質の温度特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る燃料電池システムに設定されたフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すタイムチャート、水素吸着物質の温度変化を示すグラフ、水素濃度変化を示すグラフである。
【図７】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。
【図８】コンプレッサの作動時間を求めるためのグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０    燃料電池
１２    アノード
３１    コンプレッサ（ドライエア供給手段、希釈用ガス供給手段）
３１ａ  配管（ドライエア供給手段、希釈用ガス供給手段）
３１ｂ、３３ａ  配管（ドライエア供給配管）
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  配管（希釈用ガス供給手段）
３４    温度センサ（水素吸着物質温度検知手段）
４０    希釈器（燃料電池の排出ガス処理装置）
４１    滞留器
４１ａ、４１ｂ  滞留室
４３    水素吸着物質
５１    外気温センサ（外気温検知手段）
６０    ＥＣＵ
６１    制御部（制御手段）
Ｄ      燃料電池の排出ガス処理システム
Ｓ      燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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